neděle 22. ledna 2012

Kvazikomplementární zesilovač s germaniovými tranzistory II.

Po roce jsem opět nasázel do kontaktního pole 13 germaniových tranzistorů a znovu začal ladit kompletně symetrické zapojení, téměř stejné, jak v předchozí variantě.
Zvolil jsem jiné z mnoha dříve používaných drobně rozdílných zapojení kvazikomplementárního řízení, které se chová poněkud lépe než původní. Bočník 0,56R se u dolního tranzistoru sice přesunul do kolektoru, ale teplotní stabilizace zůstala zachována, protože je teď vlastně v emitoru budícího tranzistoru, který při vzrůstu úbytku přivírá bázi obdobným způsobem.
Koncepce má jedinou vadu. Při osazení libovolných tranzistorů se nedá očekávat, že zapojení byť správně zapojené bude fungovat napoprvé. Je to spíš loterie, jestli bude na výstupu kladné nebo záporné napětí řádu stovek mV místo toho, aby tam byla nula. Problémem jsou tranzistory v diferenciálních zesilovačích, resp párování NPN větve vůči PNP větvi. Některé tranzistory (mnoho) vykazuje příliš velký svodový proud Ice, který rozlaďuje diferenciální zesilovače a zpětná vazba už není schopna nastavit výstup přesně na nulu (úbytky na vazebních odporech vstupů do dif. zesilovačů) Svodový Ice, resp. Iceo se měří s bází spojenou s emitorem. (Rbe=0) V katalogu je uveden maximální povolený pro dané napětí Uce, což však v klasickém katalogu bylo pouze 6V. Dá se ale rychle změřit a vyřadit tak nevhodné tranzistory. (Např. se kolektor zapojí přes odpor na napájení, emitor spolu s bází na opačný pól a měří se úbytek na odporu v kolektoru, např 47K při 16V. Tranzistory stejného typu ho mají podobný, dá se tak i částečně zařadit neznámý tranzistor do typové řady, tranzistor stejného typu s např 2x větším Iceo než průměr ostatních už není do diferenciálního zesilovače vhodný a způsobil by nenulové napětí na výstupu.) Ovšem bezpečně nejspolehlivější je zapojení odzkoušet na nepájivém poli, tranzistory očíslovat a pak je teprve osadit do finálního zapojení.
Nakonec ale i po zdlouhavém hledání, kdy zapojení konečně funguje se může stát, že po např. hodině od zapnutí se na výstupu opět objeví DC napětí. Podle toho, jestli kladné nebo záporné, přiložíte prst na npn nebo pnp dvojici v dif. zes. a napětí pomalu zmizí, případně začne narůstat v opačné polaritě. Ge tranzistory jsou prostě příliš citlivé na změnu teploty. Extrémním řešením by bylo celou čtveřici dif. zes. tepelně spojit např. hliníkovým kvádrem s otvory pro jednotlivé tranzistory. Je ale otázka, zda při jiné celkové teplotě by se stejně neprojevila různá teplotní závislost různých tranzistorů.

Schema

Zapojení se chová vlastně jako výkonový operační zesilovač. Na kladný vstup se přivádí signál, na záporný zpětná vazba. Trimr R19 určuje zesílení. R13 klidový proud koncových tranzistorů.
T9,12,13 je třeba umístit na společný chladič kvůli teplotní stabilizaci. T10,11 potřebují chladič také.
Tranzistory nemusí být nutně stejné, dají se použít různé typy. Původně jsem se bál použití výkonových 2NU74 ale fungují naprosto bezchybně, dokonce jsou teplotně stabilnější než GD241B, co jsem používal minule.
Koncovému stupni klesá účinnost s přenášenou frekvencí, např při 20kHz sinus, začalo zapojení brát 3A při zátěži 8R, na měkkém zdroji kleslo napětí na +-12V a velká část výkonu se protopila na koncových tranzistorech, které už mají s touto frekvencí potíže.
Odpory R4, R7 spolu referenčním napětím na LED diodách určují proud diferenciálních zesilovačů, který je roven přibližně Uled/R. (úbytek na bázi je asi 0,15V závislý na proudu) R10, R11 podobně určují proud řídícími T7, T8.

Konstrukce na hliníkovém šasi

Napájení je z jednoduchosti a bezpečnosti řešeno AC/AC adaptérem 12V. Na desce je pak prostě jeden vývod připojen na kostru a druhý přes dvě diody na napájecí větve jako zdvojovač. Jsou jen potřeba větší vyhlazovací kapacity než při klasickém napájení sekundárním vinutím s odbočkou a čtyřcestným usměrňovačem. Pro 8R zátěž to chce 2A adaptér, pro 4R 4A, víc nemá kvůli velikosti napětí smysl.

Deska zespodu, lépe to nešlo, pač jsem to musel kreslit starší fixou s rozplizlým hrotem

Namontované tranzistory 2NU74

Ještě chybí ucho, nožičky a přebrousit a přelakovat..
4.4.2013 Po několika měřeních a výměnách tranzistorů jsem přišel na to, že šum způsoboval tranzistor proudového zdroje u diferenciálních zesilovačů. Při dodatečném měření vykazoval 10x větší svod CE než průměrné ostatní. Vybírání tranzistorů, se kterými bude zesilovač fungovat s dostatečně malým ofsetem, není až takový horor, prakticky stačí změřit dostupné a vyřadit ty evidentně špatné např. měřením Iceo. Ostatní nesymetrie potom pobere zpětná vazba. Sám jsem tranzistorů neměl na vybírání mnoho a na zkušební desce se dalo vytvořit mnoho fungujících kombinací. Velký offset zpravidla způsoboval některý později objevený vadný tranzistor. Ovšem nejjistějším krajním řešením je DC servo, co se postará o nulový offset jak při změnách teploty, tak i při osazení neprobraných tranzistorů.